CN1082756C - 交换网络的操作方法以及交换网 - Google Patents

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Abstract

描述了一种操作交换网络的方法、一个交换网络、和一种利用这样一种交换网络的交换机。该交换网络包括若干个交换模块和在这些交换模块之间的互联网络。该互联网络包括一个交换单元和按照一种互联结构逻辑互联各交换模块。该交换单元是简单的和可以通过全光的装置实现。借助于该交换单元该互联结构逻辑可以被重新组成。这使其有可能在一个交换模块出故障的事件中或按照负荷特征重新组成交换网络。

Description

交换网络的操作方法以及交换网
本发明涉及交换网络的操做方法，交换网络，和交换机。
本发明起源于由M.A.Henrion等人撰写的文章中描述的交换网络，该文章是“基于宽带通信ATM的交换网络结构”，第八届国际交换论文集，1990年6月，第5卷，第1-8页。
该文章描述了一种三级交换网络，其中从一个输入链路到一个输出键路的多通路是可能的。该交换网各的每一级包括若干个交换模块和每个交换模块等于一个128×128交换矩阵，或者一个32×32交换矩阵。第一级是由多个称为“出入端接线器”的并行连接的多个交换模块构成的。这些交换模块设计成将通信业务均匀分配到该交换网络相继的各级。本身的交换功能是由另外两级执行的，这两级也包括若干个并行连接的交换模块中。这三级的交换模块是通过各硬件通路互联的。每个交换模块包括一个用于故障检测的电路。如果这个电路在该交换模块中检测到故障，它将发回一个特定的信号到前面所有的交换模块。这个信号要求正在接收的交换模块停止发送数据单元到该出故障的交换模块。以这种方式，出故障的交换模块被隔离，以便保存该交换网络的操作能力。
这种自隔离机制的缺点是在一个交换模块出故障的情况下，大部分其他的交换模块根本不再能够执行交换功能。因此，多数交换模块故障的情况必须在设计交换网络时必须考虑，即交换网络的尺寸就相当大。
本发明的目的是在交换模块的故障或过载情况下保证交换网络的操作能力。
本发明的目的是提供一种操作由多个交换模块和这些交换模块之间的互联网络组成的交换网络的方法，该互联网络包括一个交换单元和按照一种互联结构逻辑互联各交换模块，和该所述互联结构是借助于交换单元按照要求重新组成的。
本发明的另一个目的是提供一种由多个交换模块和该各交换模块之间的一个互联网络组成的交换网络，其特征在于，该互联网络包括用于连接输入链路到输出链路的交换单元；至少交换模块的一部分按照一种逻辑互联结构经由该交换单元互相连接，所述交换模块的每一个或者连接到交换单元的输入链路或者连接到交换单元的输出链路，和该交换单元适于按要求重新组成互连结构。
本发明的另一个目的是提供一种包括交换网络的交换机，该交换网络设置有多个交换模块和一个各交换模块之间的互联连络，其特征在于，该互联网各包括用于连接各输入链路到各输出链路的交换单元；至少交换模块的一部分是按照一种逻辑互联结构经由交换单元互相连接的，所述交换模块的每一个或者连接到交换单元的各输人链路或者连接到交换单元的各输出链路；和该交换单元适合于按照要求重新组成互联结构。
本发明的基本思想是通过一个交换单元改变交换模块的互联结构。因此当一个交换模块出现故障时，有可能重新组成交换网络，从而减少了交换模块故障对其他各交换模块的影响。
本发明优点是不需较多数目的交换模块，而仅仅需少量交换模块。因此就交换网络需要的交换模块数目来说实现了节约。附加要求的交换单元可以以简单的形式构成，因此交叉点成本低。例如，通过一种简音的电子或光开关，诸如集成光方向耦合器就可以构成这样的交叉点。
本发明的另外一个优点是交换网络根据负荷或加在其上的负荷特性，在操作期间重新配置。这也导致交换模块的节约。
本发明还有一个优点是交换网络可以根据其用途通过软件重新配置。对于一个给出的负荷特性，诸如视频、话音、或计算机对计算机通信，为最佳的交换网络随负荷特性的不同而不同，所以对于每个负荷特性需要构成一个具有对交换模块之间的相应的硬连线链路的交换网络。利用本发明，能够避免这种高成本的硬件实现。
从下面结合附图的一个实施例的描述，本发明将变得更为显而易见。
图1是按照本发明的交换网络的框图；
图2是图1的交换网络的互联结构的象征性表示；和
图3是在一个交换模块出故障以后图1的交换网络的重新配置的互联结构的象征性表示。
在该实施例中，将要描述在三级直通式交换网络中利用按照本发明的方法，但是应当理解，本发明也可以用于具有完全不同结构的交换网络中，诸如，不同数目的级，两个或多个网等级，或反向交换装置(折叠网)。
图1示出ST1到ST3三个交换网络级，交换单元SE，和控制单元CONTR。级ST1和ST2经由交换单元SE连接到级ST2。交换单元SE从控制单元CONTR接收控制指令，且级ST1到ST3与控制单元CONTR交换数据。
交换网络级ST1到ST3的每一个具有128个输入端和128个输出端，其中仅表示出级ST1的输入端IN1和IN128以及级ST3的输出端OUT1和OUT128。
交换网络将到达交换网络级ST1的输入端IN1到IN128之一的数据单元切换到交换级ST3的输出端OUT1到OUT128中的一个或多个。交换功能被分配给级ST1到ST3，多级交换网络也是这样。级ST1到ST3之间的通路通过交换单元SE延伸，以便利用交换单元改变级ST1到ST3之间的互联结构。互联结构是描述一个交换网络级的哪个输入端被连接到前面的交换网络级的哪个输出端的规则。交换单元SE由控制单元CONTR的控制，该控制单元根据它从交换网络级ST1到ST3接收的数据经由交换单元SE改变该互联结构。
每个交换网络级ST1到ST3是由四个交换模块构成的。级ST1包含有四个交换模块SM11到SM14，级ST2包含有四个交换模块SM21到SM24，和级ST3包含有四个交换模块SM31到SM34。交换网络的各交换模块在结构上是相同的。每个具有32个输入端和32个输出端。交换模块SM11到SM14的各输入端形成级ST1的输入端IN1到IN128。交换模块SM31到SM34的各输出端形成级ST3的输出端OUT1到OUT128。
利用具有不同数目的输入端或输出端的交换模块，或者利用每个交换网络级的交换模块数目不同也是可能的。此外，不同数目的交换模块或具有不同数目的输入端或输出端的交换模块可以用于不同的交换网络级。
交换单元SE包括两个交换分单元SEP1和SEP2。
级ST1的每个交换模块SM11到SM14的32个输出端和级ST2的每个交换模块SM21到SM24的32个输入端被连接到交换分单元SEP1。级ST2的每个交换模块SM21到SM 24的32个输出端和级ST3的每个交换模块SM31到SM34的32个输入端被连接到交换分单元SEP2。每个交换模块SM11到SM14、SM21到SM24、和SM31到SM34与控制单元CONTR交换数据。两个交换分单元SEP1和SEP2的每一个接收来自控制单元CONTR的控制指令。
如上所述，交换模块SM11到SM14、SM21到SM24、和SM31到SM34在结构上是相同的。因此下面仅以范例的方式描述交换模块SM11的操作。
交换模块SM11是由32×32个ATM集成交换单元构成的。这种交换单元是公知的，例如，从D.Bttle和M.A.Henrion的文章“阿尔卡塔尔公司的ATM连接网络及其特征”Das ATM-Koppelfeld vonAlcatel und Seine Eigen-Schaften(“电通信”Elektrisches Nachrichten-wesen，第64卷，第2-3期，1990年)中已公知。这种交换元件可能本身又包括一些较小的互联交换元件。
交换模块SM11将在32个输入端中的任何一个到来的数据单元根据含在该数据单元中的路由信息和根据一个内部路由表交换到32个输出端的任何一个。交换模块接收来自控制单元CONTR的控制指令，该指令使这个路由表得的以更新。这保证在互联结构的重新配置的情况下，在交换模块SM11中的交换规则适应新的互联结构。交换模块SM11向控制单元CONTR发送传送业务的数据以及指示交换模块SM11是工作还是有故障的数据。为此目的，交换模块SM11含有一些装置，测量由该交换模块传送的业务，检测该模块中的故障，和报告这样一些故障。
交换模块SM11向控制单元CONTR发送其他的或另外的业务参数也是可能的。这些业务参数例如是交换模块SM11的各输入端或输出端所载的负荷。在交换模块SM11中利用ATM交换元件仅仅是一个例子，任何其他交换元件都能用于交换模块SM11。
交换分单元SEP1和SEP2在结构上是相同的，因此，在下面仅以举例的方式描述交换分单元SEP1。
交换分单元SEP1包括多个交叉点，这些交叉点使交换网络级ST1的交换模块SM11到SM14的任何输出端连接到交换网络级ST2的交换模块SM21到SM24的任何输入端。这些交叉点是受到来自控制单元CONTR的指令控制的。这些交叉点在结构上可以是相当简单的，因为它们的交换性能是与要被交换的信号无关的。例如，它们无需遵循这个信号的时钟关系。另外，它们的交换时间也可以长于交换模块交叉点的交换时间。
特别有优点的是在交换单元SE中利用光交叉点和通过光波导互联各交换模块。这些交叉点可以利用简单的光通/断开关实现。
还有这样的可能，即交换分单元SEP1在交换网络级ST2的各输入端与交换网络ST1的各输出端之间不提供所有可能的互联组合。在这种情况下，要求的交叉点的数目将变得不太大。例如，也可对特定的故障或过载条件在交换网络级ST1与ST2之间也可提供另外一些互联结构，并且仅为了这个目的所需的可交换的通路可由交换单元SEP1得到。
而且，不将交换单元SE分为两个交换分单元SEP1和SEP2也可以。这将在所有三个交换网络级ST1到ST3之间提供所有可能的互联组合。因此，特别是在具有大量交换网络级的交换网络配置的情况下，各个交换模块通过改变互联结构，可能被交替地分配到不同的交换网络级。例如，如果出现过载或故障条件时，一种反向交换模块可能被用于不同的交换网络级。交换网络级的数目或交换网络的等级也可能以这种方式改变。
控制单元CONTR接收来自交换模块SM11到SM14，SM21到SM24、和SM31到SM34通过业务传送，和各个交换模块的功能能力传送的数据。
根据这个数据，控制单元CONTR判断是否交换网络的互联结构应当重新配置。如果控制单元CONTR已判断这样一种重新配置，则它将计算交换模块SM11到SM14、SM21到SM24、和SM31到SM34的路由表中的所需变化，并通过向交换模块SM11到SM14SM21到SM24、和SM31到SM34发送相应控制指令，产生这些变化。此外，控制单元CONTR向交换分单元SEP1和SEP2发送控制指令，按照新的互联结构交换各个交叉点。
从一个输入装置向控制单元CONTR馈送数据也是可能的。利用这个输入装置，可以改变交换网络的互联结构。该互联结构例如可根据于交换网络应用进行固定。这种应用例如是从一个给定类型的信源到一个给定类型的信宿的业务交换。因此，由软件重新组成的灵活的交换网络是可能的，和从而可以用于几乎所有的交换任务。
还有，控制单元CONTR可以以节能为目的控制互连结构的重新组成。这是主要用在通信卫星上的交换网络中。控制单元可组成一个尽可能小的交换网络，但对于当前业务负荷是足够的，且交换模块不需要关断。
控制单元CONTR也可以由两个或多个较小的单元组成。这些单元还可能包括交换单元SE的一部分。
交换网络的重新组成现将通过一个例子预以简单解释。
图2表示图1的交换网络的(基本)互联结构。它表示分别由交换模块SM11到SM14、SM21到SM24，和SM31到SM34组成的交换网络级ST1到ST3。交换模块SM11的四组8个输出端分别被连接到交换模块SM21到SM24的四组8个输入端。按照相同方式，交换模块SM12到SM14的各输出端连接到交换模块SM21到SM24的各输入端。交换模块SM21的两组16个输出端分别连接到交换模块SM31和SM32的两组16个输入端，和交换模块SM22的两组16个输出端分别连接到交换模块SM31和SM32的另外两组16个输入端。按照相同的方式，交换模块SM23和SM24的各输出端连接到交换模块SM33和SM34的各输入端。
如果，在具有这样一种互联结构的交换网络中，交换模块SM21出故障，由交换模块SM31和SM34能够传送的最大业务量将减小50％。为了避免这种情况，控制单元CONTR将决定重新组成互联结构。作为一种替代的互联结构，作为例子将选择如图3所示的一种互联结构。
图3表示分别具有交换模块SM11到SM14、SM21到SM24、和SM31到SM34的交换网络级ST1到ST3。交换模块SM11到SM14的每个的三组8个输出端分别连接到交换模块SM22到SM24。同样，交换模块SM31到SM34的每个的三组8个输入端分别连接到交换模块SM22到SM24。
控制单元CONTR以这样一种方式控制交换分单元SEP1和SEP2的交叉点，也就是交换网络级ST1到ST3之间的通路是按照这种新的互联结构交换的。另外，控制单元根据新的互联结构改变交换模块SM11到SM14、SM22到SM24、和SM31到SM34的路由表。
如果控制单元CONTR被通知交换模块SM21或SM22过负荷，例如由于主要来自交换模块SM11的各输入端的业务要被交换到交换模块SM31的各输出端，则控制单元CONTR也将判断重新组成互联结构。在这种新的互联结构中，替代8通路的各组，将例如12通路的各组提供在交换模块与各交模模块SM21和SM22之间。新的互联结构因此是按下述方式的：交换模块SM11的两组12个输出端分别连接到交换模块SM21和SM22的两组12个输入端，和交换模块SM12的两组12个输出端分别连接到交换模块SM21和SM22的两组12个输入端。交换模块SM11的两组四个输出端分别连接到交换模块SM23和SM24的两组四个输入端，和交换模块SM12的两组四个输出端分别连接到交换模块SM23和SM24的两组四个输入端。同样，交换模块SM13和SM14的各组的四个输出端连接到交换模块SM21和SM22的各组的四个输入端，和交换模块SM13和SM14的各组的12个输出端连接到交换模块SM23和SM24的各组的12个输入端。交换网络级ST2与ST3之间的互联对应于图2。
虽然参照利用按照本发明的三级交换网络的方法的实施例已进行了描述，但应当理解本发明还可以应用到多级交换网络。在这种多级交换网络中，由各交换模块互联结构的变化而改变交换网络的特征是可能的。通过重新组成互联结构，交换网络有可能按照，例如榕树网络Bauyan network、分批榕树网络Batcher-Bauyan network、或分类网络sorting network。还有，可能产生这些网络的混合型，例如一个分类网络接着一个榕树网络。对于所有这些网络类型，将仅需要一种硬件类型。

Claims (6)

1.一种操作由多个交换模块(SM11到SM34)和这些交换模块之间的互联网络组成的交换网络的方法，其特征在于，该互联网络包括一个交换单元(SE)和按照一种互联结构逻辑互联各交换模块(SM11到SM34)，和该所述互联结构是借助于交换单元(SE)按照要求重新组成的。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，互联结构是按照交换模块(SM11到SM34)的状态数据重新组成的。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，互联结构是按照来自输入装置的数据重新组成的。
4.一种由多个交换模块(SM11到SM34)和该各交换模块之间的一个互联网络组成的交换网络，其特征在于，该互联网络包括用于连接输入链路到输出链路的交换单元(SE)；至少交换模块(SM11到SM34)的一部分按照一种逻辑互联结构经由该交换单元(SE)互相连接，所述交换模块(SM11到SM34)的每一个或者连接到交换单元(SE)的输入链路或者连接到交换单元(SE)的输出链路；和该交换单元(SE)适合于按照要求重新组成互联结构。
5.按照权利要求4的交换网络，其特征在于，该交换单元(SE)包括两个或多个单独的单元(SEP1，SEP2)。
6.按照权利要求4的交换网络，其特征在于交换单元(SE)含有用于连接输入各链路到各输出链路的各光开关。
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